現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)PROFIBUS在核電站的應用
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4 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統的應用
4．1 T×S系統數據通信的硬件結構設計
T×S數據通信主要由SL21、SCP1兩種通信模塊完成（如圖2所示），當安全指令在冗余通道中或在冗余通道之間進(jìn)行傳輸時(shí)，SL21負責冗余通道之間的處理模塊（SVE1）通信，SCP1用于與工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，同時(shí)還可以用于MSI（監視服務(wù)界面）或Gateway與其它信息系統的通信。由于核電廠(chǎng)主要工藝設備包括反應堆、一次回路、蒸汽發(fā)生器、二次回路、穩壓器、水泵等。主要測量?jì)x表包括中子通量探測、壓力變送器、差壓變送器、液位計、流量計、溫度等；另外還有大量的電動(dòng)調節閥、電磁閥、電機等。這樣的系統可以采用PROFIBUS總線(xiàn)來(lái)完成監控任務(wù)。我們知道現場(chǎng)數據采集系統有數字量信號、模擬量信號（4-20mA），從現場(chǎng)采集的標準信號經(jīng)過(guò)信號調理分配單元后送到信號處理單元進(jìn)行邏輯處理，再由邏輯處理單元經(jīng)過(guò)PROFIBUS的SINEC L2 Bus傳送給四取二邏輯表決單元，因為系統采用的是冗余結構，邏輯表決單元將表決信號經(jīng)硬接線(xiàn)傳送給優(yōu)先模件AV42，由優(yōu)先模件驅動(dòng)執行機構。
對于這樣的系統，我們可以采用遠程I／O加智能DP／PA儀表的方式來(lái)實(shí)現，采用IP65／67防護等級的ET200X遠程I／O來(lái)采集主要設備的工藝參數，IP65／67防護等級的ET2OOX直接安裝在現場(chǎng)，同時(shí)ET200X提供模塊化的閥門(mén)模塊和馬達模塊，通過(guò)安裝在現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)設備集中監控電動(dòng)調節閥、電磁閥、電機等執行設備，再由checkback信號到優(yōu)先模件，經(jīng)過(guò)SINEC L2 Bus通訊。其他的電機可以通過(guò)SIMOCODE連接到PROFIBUS—DP。所有的儀表都通過(guò)DP或PA總線(xiàn)連接到系統中。
4．2 T×S系統數據通信的軟件設計
4．2．1 PROFIBUS
PROFIBUS是標準化的獨立用戶(hù)的總線(xiàn)系統，用于底層的通信。所用技術(shù)適用于大多數通信設備。根據不同的要求，PROFIBUS具有不同的協(xié)議內容。T×S 中采用PRCIFIBUSFDL，主要原因是T×S的四通道冗余要求所有信號的獨立性和多樣化，同時(shí)能夠使得協(xié)議簡(jiǎn)單化。
4．2．2 Gateway的軟件設計
TXS系統中主要的通信軟件都在Gateway上運行（如圖3所示），在Gateway中TXS的輸出程序周期性的執行，并在緩沖區中存儲來(lái)自MSI信號，這些信號可借助數據庫的一些功能被讀出。運行周期由實(shí)時(shí)環(huán)境控制，實(shí)時(shí)環(huán)境運用DLPI數據庫的一些功能和TXS系統進(jìn)行通信。TXS輸出程序不占用全部Gateway的計算時(shí)間，有一部分的計算時(shí)間是用于轉換程序的運行，轉換程序將TXS的信號轉換成TXP的數據格式，以便相關(guān)設備調用。
轉換程序的同步任務(wù)要求轉換程序和TXS的實(shí)時(shí)運行環(huán)境同步（即在同一周期中運行），并利用DLPI數據庫獲取過(guò)程數據或把操作信息傳輸至相應的系統。過(guò)程數據儲存在緩沖器（PI bufer）中，這個(gè)緩沖器也用于儲存來(lái)自TXP的操縱員指令或過(guò)程信號，并且還進(jìn)行信息列的管理?？刂票恚–ontrol Table）用于 定義數據在PI緩沖器中的存儲區域，通過(guò)一些指令翻譯器可將控制表讀出。轉換程序的非同步任務(wù)是指和TXS系統不同步。主要完成PI緩沖器中的數據向過(guò)程數據塊的發(fā)送，或過(guò)程數據塊中的數據向PI緩沖器的發(fā)送。這種過(guò)程數據塊的發(fā)送和接收是根據非同步任務(wù)請求來(lái)進(jìn)行的。
5 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)系統的應用現狀及發(fā)展前景
電力行業(yè)是一個(gè)自動(dòng)化程度非常高的行業(yè)，如主機DCS系統、核安全儀控系統以及主要輔機程控系統，這些系統都存在可靠性要求高、監控設備和對象多而復雜、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)。特別是主機DCS 系統，涉及數百臺壓力和差壓變送器，數百臺電動(dòng)或啟動(dòng)執行機構，數百個(gè)溫度測點(diǎn)，系統要進(jìn)行復雜的閉環(huán)控制、串級控制、三沖量控制、比率控制，要進(jìn)行設備連鎖控制，要進(jìn)行復雜的反應堆停堆、APC、中子通量控制。所有這些都需要有高可靠性的控制系統來(lái)保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全、穩定、可靠運行。
目前制約基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統在電廠(chǎng)應用主要問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：①支持現場(chǎng)總線(xiàn)的智能設備造成初期投資的提高；②有些設備和儀表不帶總線(xiàn)接口；⑧哪些設備、儀表信息可以傳送；④系統結構如何變化，如何構筑一個(gè)基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統；⑤通訊是否可靠；⑥設備選型的局限性。
對于新建核電廠(chǎng)，選用帶總線(xiàn)接口的儀表、執行機構、變頻器、智能馬達控制器、閥門(mén)定位器等的條件已經(jīng)成熟，因為很多知名的儀表、設備制造商如：SIEMENS、ABB、EMERSON等都可以提供多種可供選擇的成熟的帶總線(xiàn)接口的系統和設備，而且價(jià)格也越來(lái)越與常規智能設備接近。而且基于HART協(xié)議連接變送器的結構已經(jīng)在很多電廠(chǎng)獲得應用，在集中校驗、提高采集精度等方面取得用戶(hù)的好評。而現場(chǎng)總線(xiàn)是比HART協(xié)議更全面的總線(xiàn)，因此具有更好的應用前景。在新建電廠(chǎng)的DCS、FGD DCS和輔機程控系統都可以采用現場(chǎng)總線(xiàn)系統，并且已經(jīng)有很多非常成功的應用。
對于老核電廠(chǎng)的改造系統，由于大量采用非智能儀表和執行機構， 全面更換、更新可能性很小，對于這樣的系統，PROFIBUS也可以提供很好的解決方案?？梢圆捎眠h程I／O的方式，通過(guò)常規I／O模塊采集非智能儀表的信號，然后通過(guò)PROFIBUS—DP總線(xiàn)連接到中央控制器。儀表和執行機構可以按設備生命周期逐批更換。
6 結束語(yǔ)
PROFIBUS總線(xiàn)在國內電力系統中也有很多應用，如江蘇連云港田灣核電站全數字化儀控采用PROFIBUS總線(xiàn)，夏港電廠(chǎng)DCS系統采用PROFIBUS總線(xiàn)，韓峰電廠(chǎng)DCS系統采用PROFIBUS總線(xiàn)， 浙江秦山一期正在改造為T(mén)×S系統采用PROFIBUS總線(xiàn)，山東萊程電廠(chǎng)DCS系統以及華能玉環(huán)電廠(chǎng)主廠(chǎng)房外補給水系統均采用了PROFIBUS—DP總線(xiàn)結構。
參考文獻
[1]姚遠，劉國良．工業(yè)局域網(wǎng)SINEC L2的特點(diǎn)與應用[D]北京：北京航空航天大學(xué)
液位計相關(guān)文章:磁翻板液位計原理
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